一種低成本微型測距雷達的設計

0 引言

　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，雷達技術也得到了長足的進步。雷達是以軍事目的發(fā)展起來的，在當今主基調(diào)為和平與發(fā)展的年代，雷達技術越來越多地向民用方面轉(zhuǎn)移。像我國普遍用于交通方面的測速雷達，正在飛速發(fā)展的汽車防撞雷達等。隨著成本的不斷降低，雷達在民用方面的用途會越來越廣泛。

　　雷達進行測距，與激光測距相比，不受氣候條件限制，距離遠，精度高。本文將主要敘述微型測距雷達的原理及組成。

　　微型測距雷達主要用于以下幾個方面：

　　(1)導彈和炮彈的微波引信；

　　(2)汽車前視防撞雷達；

　　(3)堆積物和小山頭的高度測量；

　　(4)高速公路及城市道路的機動車流量測量；

　　(5)建筑行業(yè)的樓層測量；

　　(6)罐裝液面高度測量；

　　(7)其他要求精確近距離測量的地方。

1 微型測距雷達的原理及組成

　　1．1 測距方法

　　通常雷達測距的方法有三種：脈沖法測距；調(diào)頻連續(xù)波法測距；相位法測距。常用的為前兩種。脈沖法測距分辨率要達到距離精度1 m以下，脈沖寬度必須小于6．67 ns，即使當今脈沖雷達普遍采用脈沖壓縮的情況下，精度要做到厘米級是相當困難的，何況是以增大接收機帶寬，降低接收靈敏度為代價，電路上也難以實現(xiàn)。因而對于較精確的距離測量，一般都采用調(diào)頻連續(xù)波測距的方法。

　　調(diào)頻連續(xù)波測距有三角波調(diào)制和正弦波調(diào)制兩種，這里選擇三角波調(diào)制。

　　在三角波調(diào)制中，測距公式為：

　　式中：R為距離；c為光速；為三角波正向發(fā)射頻率與接收頻率之差，fb-為三角波負向發(fā)射頻率與接收頻率之差；f為三角波調(diào)制頻率；△fm為受調(diào)制的發(fā)射頻率最大頻偏的二分之一。

　　三角波調(diào)制頻率的選擇與距離分辨率有關。假如選擇f=200 Hz，△fm=100 MHz，而此時測出的頻率fbav為50 kHz，則可以計算出R≈ 93．750 0 m；如果測出的頻率fbav=50．001 kHz，R=93．751 8 m，二者之差為1．8 mm，即每1 Hz代表1．8 mm的距離。提高調(diào)制頻率f的值，分辨率還可以增加。假如f=1 000 Hz，其他參數(shù)不變，同樣測出的頻率fbav=50 kHz，R=18．750 O m；fbav=50．001 kHz，R=18．750 4 m，相差0．4 mm，每1 Hz代表O．4 mm的距離。

　　如果是運動目標，根據(jù)測速公式：

　　求出運動目標的速度。式中V為目標的徑向速度，λ為發(fā)射微波的波長。當然，固定目標的fb+與fb-的值相等。

　　1．2 組成

　　根據(jù)三角波調(diào)制的雷達原理，首先必須有一個微波頭，微波頭可在測速微波頭的基礎上，將體效應振蕩器加一個變?nèi)莨芨臑閴嚎厥秸袷帲苯踊祛l。同時還需要一個三角波發(fā)生器。為了修正壓控振蕩器的非線性，使之頻率線性變化，必須進行非線性修正。

　　為了增強效果，可采用模擬濾波器組進行積累處理。當然也可以通過高速A／D采樣后將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號用DSP進行數(shù)字信號處理，不過成本較高。

　　和工控機、PC104模塊相比，采用單片機控制電路比較簡單，且成本較低，由于沒有復雜的運算，速度完全能夠滿足要求。

　　這個設計功耗較小，用電池就可滿足電源供給要求。

　　微型測距雷達的組成框圖如圖1所示。